机械设计中我们该如何设计轴？

轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径，机器中作回转运动的零件就装在轴上。

1、轴的分类：

轴的类型很多，按轴线形状不同可分为直轴、曲轴和挠性轴。曲轴常用于往复式机械(如内燃机、空气压缩机等)中，挠性轴可将旋转运动灵活地传到所需要的位置，常用于医疗设备中，我们在文章中只讨论直轴。

直轴按它们的承载情况不同可以分为转轴、心轴和传动轴三类。

转轴：工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等；

▲转轴

心轴：用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等；

▲心轴

传动轴：主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性；

▲传动轴

2、轴的材料

轴的常用材料是碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，机械性能也比较好，所以应用较为广泛。

钢轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻件。锻件的内部组织比较均匀，强度好，故重要的轴应采用锻制毛坯。

3、轴的结构设计

轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则：

• 节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；
• 易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；
• 采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；
• 便于加工制造和保证精度；

4、轴上零件的轴向定位及固定

轴上零件的轴向定位和固定方式常用的有轴肩、轴环、锁紧挡圈、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈及圆锥面等。

5、轴的维修

5.1 轴弯曲变形的校正

轴的变形过大时，可冷压校正或局部火焰加热校正。校正时的支承部位应正确，尤其应注意不要使阶梯轴拐角处因校正而产生应力集中。

▲轴弯曲变形的校正（左）和轴颈磨损的镶套修复（右）

5.2 轴颈磨损的修复

通常先用磨削加工消除轴的几何形状误差，然后金属喷镀或刷镀，严重时可堆焊或镶套修理，镶套时套与轴为过盈配合。

▲电机转子轴径磨损修复

5.3 花键、键槽、螺纹的修复

可用气焊或堆焊法修复磨损的齿侧面，然后再以磨损的花键为基础，铣出花键。键槽损伤后，可适当加大键槽或将旧键槽焊堵，并配新键。轴上的螺纹损坏时，应进行堆焊，重车螺纹。

▲花键键槽的修复